EP0477087A1 - Device for processing a signal originating from a sensor having a differentiating response - Google Patents
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- EP0477087A1 EP0477087A1 EP91402466A EP91402466A EP0477087A1 EP 0477087 A1 EP0477087 A1 EP 0477087A1 EP 91402466 A EP91402466 A EP 91402466A EP 91402466 A EP91402466 A EP 91402466A EP 0477087 A1 EP0477087 A1 EP 0477087A1
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Definitions
- the field of the invention is that of signal measurement devices in the field of broadband phenomena.
- the present invention relates to a device for processing signals originating in particular from nuclear electromagnetic pulse (EMI), lightning or electromagnetic compatibility (EMC) sensors.
- EMI nuclear electromagnetic pulse
- EMC electromagnetic compatibility
- sensors can consist of wideband sensors of electric, magnetic fields, currents or surface charges, having a frequency response ranging from 10 to 100 kHz approximately to more than 1 GHz.
- these sensors can be either passive sensors or active sensors.
- Passive sensors use sensing elements connected to a low impedance load, for example 50 ⁇ .
- the connection between the sensor and the load is usually made by a cable of the same impedance.
- the operating principle of passive sensors is for example described in the article "Sensors for electromagnetic pulse measurements both inside and away from nuclear source regions" ("Sensors for the measurement of electromagnetic pulses simultaneously inside and away from nuclear sources "), (Carl BAUM, Edward BREEN, Joseph GILLES, John O'NEILL, Gary SOWER, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, Vol. AP-26, n ° 1, January 1978).
- Such passive sensors have a derivative response which requires processing to obtain the actual shape of the signal to be measured.
- the processing consists in integrating the signal coming from the sensor, for example using an RC cell, and in amplifying the integrated signal thanks to an amplifier of input impedance higher than the equivalent impedance of the integrator.
- Active sensors on the other hand, have a magnetic field and electric field sensitivity of up to 100 and 3000 times respectively greater than passive sensors.
- Such active sensors are for example described in the document "Computer-assisted control of EMP measurement on major systems” (“Computer-assisted control for the measurement of electromagnetic pulses on main systems"), Grégoire EUMURIAN, Proceedings of the 6th symposium on Electromagnetic Compatibility, Zurich 1985.
- the processing of signals from an active sensor measuring electric fields is ensured by an amplifier with very high impedance (> 1 M ⁇ ), and by a high impedance coil with magnetic core for an active magnetic field sensor.
- Active sensors are well suited for applications up to 200 to 300 MHz, but their internal electronics become difficult to carry out beyond.
- the present invention aims in particular to overcome the drawbacks of existing devices.
- a first objective of the present invention is to provide a device for processing information supplied by a broadband passive sensor, in particular intended for detecting an electric, magnetic field, a current or a surface charge, making it possible to obtain a sensitivity comparable to that of active sensors, while preserving the bandwidth of the passive sensor.
- An additional objective of the present invention is that such a device is simple to produce and has low noise.
- said compensation means have an integration slope equal to that of said integration means.
- said integration slopes are -6dB / octave.
- said integration means each consist of at least one RC cell.
- the device also comprises a high-pass filter in said processing chain, with a cutoff frequency f0 less than f1.
- the slope of the transfer characteristic of said high-pass filter is + 6dB / octave.
- said low frequency f1 is of the order of 100 kHz and said frequency f2 of the order of 10 MHz.
- said compensation means comprise at least one broadband amplifier and / or at least one transistor.
- the device according to the invention is preferably used for processing signals from an electric field, magnetic field, current and / or surface charge sensor.
- the embodiment shown comprises a sensor 10 connected to a load 12 of impedance R c through a cable 11 of the same impedance.
- the sensor 10 may in particular consist of an electric field, magnetic field, current, surface charge or other derived quantity sensor. It presents a derivative response which it is therefore necessary to integrate to obtain the measured value.
- the signal from the sensor 10 is integrated by integration means 13, which may in particular consist of an R1C1 cell.
- integration means 13 which may in particular consist of an R1C1 cell.
- the integration carried out makes it possible to obtain the value of the signal measured by the derivative sensor 10.
- the integrated signal can be followed by an amplifier 14 whose input impedance is large compared to that of the integrator 13 (R input >> R1).
- the signal received is processed by a device 22 comprising integration means 20 and compensation means 21.
- the integration means 20 can in particular consist of an R2C2 cell of the low-pass type.
- One of the characteristics of the invention is that the time constant ⁇ 2 equal to R2C2 is much less than the time constant ⁇ 1 of the known embodiment described in FIG. 1.
- f2 1 / (2 ⁇ R2-C2) ”f1
- the integration means 20 are followed by an amplifier 21, constituting compensation means, having a particular response, for compensate for the loss of response at low frequencies.
- the amplifier 21 can also be located upstream of the integration means 20.
- the classic solution (fig. 1) is to integrate the signal from the sensor from 100 kHz.
- the signal leaving the sensor is integrated from 10 MHz and the compensation is carried out from 100 kHz to 10 MHz.
- the noise in the 10 MHz - 1 GHz band is unchanged and is equal to 100 ⁇ Veff.
- a flat response is desired from 100 kHz to 1 GHz.
- the integration is carried out from 10 MHz and the compensation from 100 kHz to 10 MHz.
- the total noise reduced to the input is 160 ⁇ Veff.
- Figure 4 shows the frequency response of another embodiment of the present invention.
- the frequency zone 0 to f1 is not used by the device according to the invention. On the other hand, it produces noise which it is possible to limit by placing in the processing chain a high-pass filter with cut-off frequency f0, with f0 less than f1. Such a filter can be placed before or after the integration means 20 (FIG. 2) or else at the output of the compensation means 21.
- the transfer function of FIG. 4 is that of a high-pass filter combined with the compensation means 21.
- the transfer function is that shown in dotted lines starting at f2.
- the transfer function shown in Figure 4 is that obtained with a first order high pass filter, but it is of course possible to use a higher order filter.
- the device shown constitutes a chain for processing a signal from a derivative sensor 10.
- Cell 20 is followed by an amplifier 50 with an input impedance much higher than the equivalent impedance of cell 20.
- Amplifier 50 has a higher gain than the ratio f2 / f1.
- a capacitor C connected in series at the output of the amplifier 50 makes it possible to limit the passband frequency band below f1 and thus further reduce the noise.
- the filter R3 R4 C3 is followed by an amplifier 51 having an input impedance much greater than the equivalent impedance of the filter.
- Amplifiers 50 and 51 are advantageously broadband amplifiers, but any other type of amplifier is also suitable.
- FIG. 6 shows another advantageous embodiment of the device according to the present invention.
- the transistors T1 and T3 are mounted in a common collector and thus fulfill a follower function (impedance matching).
- the compensation means are constituted by the transistor T2 and by the network R3R4C3.
- the two capacitors C make it possible to limit the band below f1 and thus further reduce the noise.
- FIGS. 5 and 6 represent only two preferred embodiments of the present invention, this device for processing the signal from a derivative sensor can be produced in different ways.
- the transfer characteristic of the device may have greater slopes, and in particular of - 12 dB / octave.
Abstract
Description
Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de mesure de signaux dans le domaine des phénomènes large bande.The field of the invention is that of signal measurement devices in the field of broadband phenomena.
Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de traitement de signaux provenant notamment de capteurs d'impulsions électromagnétiques nucléaires (IEM), de foudre ou de compatibilité électromagnétique (CEM). De tels capteurs peuvent consister en des capteurs large bande de champs électriques, magnétiques, de courants ou de charges de surface, présentant une réponse en fréquence s'étendant depuis 10 à 100 kHz environ jusqu'à plus de 1 GHz.More specifically, the present invention relates to a device for processing signals originating in particular from nuclear electromagnetic pulse (EMI), lightning or electromagnetic compatibility (EMC) sensors. Such sensors can consist of wideband sensors of electric, magnetic fields, currents or surface charges, having a frequency response ranging from 10 to 100 kHz approximately to more than 1 GHz.
De façon connue, ces capteurs peuvent être soit des capteurs passifs, soit des capteurs actifs.In known manner, these sensors can be either passive sensors or active sensors.
Les capteurs passifs utilisent des éléments de captation branchés sur une charge de basse impédance, valant par exemple 50 Ω.Passive sensors use sensing elements connected to a low impedance load, for example 50 Ω.
La liaison entre le capteur et la charge est habituellement réalisée par un câble de même impédance. Le principe de fonctionnement de capteurs passifs est par exemple décrit dans l'article " Sensors for electromagnetic pulse measurements both inside and away from nuclear source regions" ("Capteurs pour la mesure d'impulsions électromagnétiques simultanément à l'intérieur et éloignés de sources nucléaires"), (Carl BAUM, Edward BREEN, Joseph GILLES, John O'NEILL, Gary SOWER, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, Vol. AP-26, n° 1, janvier 1978).The connection between the sensor and the load is usually made by a cable of the same impedance. The operating principle of passive sensors is for example described in the article "Sensors for electromagnetic pulse measurements both inside and away from nuclear source regions" ("Sensors for the measurement of electromagnetic pulses simultaneously inside and away from nuclear sources "), (Carl BAUM, Edward BREEN, Joseph GILLES, John O'NEILL, Gary SOWER, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, Vol. AP-26, n ° 1, January 1978).
De tel capteurs passifs présentent une réponse dérivative qui nécessite un traitement pour obtenir la forme réelle du signal à mesurer. Le traitement consiste à intégrer le signal provenant du capteur, par exemple à l'aide d'une cellule RC, et à amplifier le signal intégré grâce à un amplificateur d'impédance d'entrée supérieure à l'impédance équivalente de l'intégrateur.Such passive sensors have a derivative response which requires processing to obtain the actual shape of the signal to be measured. The processing consists in integrating the signal coming from the sensor, for example using an RC cell, and in amplifying the integrated signal thanks to an amplifier of input impedance higher than the equivalent impedance of the integrator.
Le principal avantage des capteurs passifs est qu'ils permettent le passage de fréquences élevées, pouvant aller jusqu'à 10 GHz. De plus, les capteurs passifs sont simples à réaliser. Cependant, de tels capteurs présentent l'inconvénient d'être de sensibilité réduite.The main advantage of passive sensors is that they allow the passage of high frequencies, up to 10 GHz. In addition, passive sensors are simple to produce. However, such sensors have the disadvantage of being reduced sensitivity.
Les capteurs actifs, en revanche, présentent une sensibilité de mesure de champ magnétique et de champ électrique respectivement jusqu'à 100 et 3000 fois plus importante que les capteurs passifs.Active sensors, on the other hand, have a magnetic field and electric field sensitivity of up to 100 and 3000 times respectively greater than passive sensors.
De tels capteurs actifs sont par exemple décrits dans le document "Computer-assisted control of EMP measurement on major systems" ("Commande assistée par ordinateur pour la mesure d'impulsions électromagnétiques sur des systèmes principaux"), Grégoire EUMURIAN, Proceedings of the 6th symposium on Electromagnetic Compatibility, Zurich 1985.Such active sensors are for example described in the document "Computer-assisted control of EMP measurement on major systems" ("Computer-assisted control for the measurement of electromagnetic pulses on main systems"), Grégoire EUMURIAN, Proceedings of the 6th symposium on Electromagnetic Compatibility, Zurich 1985.
Le traitement de signaux provenant d'un capteur actif mesurant des champs électriques est assuré par un amplificateur à très haute impédance (>1 MΩ), et par une bobine haute impédance à noyau magnétique pour un capteur actif de champ magnétique.The processing of signals from an active sensor measuring electric fields is ensured by an amplifier with very high impedance (> 1 MΩ), and by a high impedance coil with magnetic core for an active magnetic field sensor.
Les capteurs actifs conviennent bien pour des applications jusqu'à 200 à 300 MHz, mais leur électronique interne devient délicate à réaliser au-delà.Active sensors are well suited for applications up to 200 to 300 MHz, but their internal electronics become difficult to carry out beyond.
Par ailleurs, cette électronique conduit à des capteurs plus encombrants ce qui est contradictoire avec la montée en fréquence et donc la diminution de la longueur d'onde.Furthermore, this electronics leads to more bulky sensors which is contradictory with the increase in frequency and therefore the decrease in the wavelength.
La présente invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients des dispositifs existants.The present invention aims in particular to overcome the drawbacks of existing devices.
Plus précisément, un premier objectif de la présente invention est de fournir un dispositif de traitement d'informations délivrées par un capteur passif large bande, notamment destiné à détecter un champ électrique, magnétique, un courant ou une charge de surface, permettant d'obtenir une sensibilité comparable à celle des capteurs actifs, tout en préservant la bande passante du capteur passif.More specifically, a first objective of the present invention is to provide a device for processing information supplied by a broadband passive sensor, in particular intended for detecting an electric, magnetic field, a current or a surface charge, making it possible to obtain a sensitivity comparable to that of active sensors, while preserving the bandwidth of the passive sensor.
Un objectif complémentaire de la présente invention est qu'un tel dispositif soit simple à réaliser et présente un faible bruit.An additional objective of the present invention is that such a device is simple to produce and has low noise.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à un dispositif de traitement d'un signal électrique provenant d'un capteur du type dérivatif destiné à mesurer un champ électrique ou magnétique, des courants ou charge de surface ou autres grandeurs dérivées, ledit traitement incluant le calcul de la primitive de la partie spectrale dudit signal de fréquence supérieure à une fréquence basse f₁ , le dispositif comprenant:
- des moyens d'intégration électronique dudit signal, à partir d'une fréquence f₂ supérieure à ladite fréquence basse f₁ ;
- des moyens de compensation amplifiant et intégrant ledit signal entre les fréquences f₁ et f₂.
- means of electronic integration of said signal, from a frequency f₂ higher than said low frequency f₁;
- compensation means amplifying and integrating said signal between the frequencies f₁ and f₂.
Préférentiellement, lesdits moyens de compensation sont montés en ligne et en aval desdits moyens d'intégration.Preferably, said compensation means are mounted in line and downstream from said integration means.
Avantageusement, lesdits moyens de compensation présentent une pente d'intégration égale à celle desdits moyens d'intégration.Advantageously, said compensation means have an integration slope equal to that of said integration means.
Préférentiellement, lesdites pentes d'intégration sont de -6dB/octave.Preferably, said integration slopes are -6dB / octave.
Selon un mode de réalisation préférentiel, lesdits moyens d'intégration sont constitués chacun par au moins une cellule RC.According to a preferred embodiment, said integration means each consist of at least one RC cell.
Avantageusement, le dispositif comprend également un filtre passe-haut dans ladite chaîne de traitement, de fréquence de coupure f₀ inférieure à f₁.Advantageously, the device also comprises a high-pass filter in said processing chain, with a cutoff frequency f₀ less than f₁.
De préférence, la pente de la caractéristique de transfert dudit filtre passe-haut est de + 6dB/octave.Preferably, the slope of the transfer characteristic of said high-pass filter is + 6dB / octave.
Selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, ladite fréquence basse f₁ est de l'ordre de 100 kHz et ladite fréquence f₂ de l'ordre de 10 MHz.According to a preferred embodiment of the present invention, said low frequency f₁ is of the order of 100 kHz and said frequency f₂ of the order of 10 MHz.
Avantageusement, lesdits moyens de compensation comprennent au moins un amplificateur large bande et/ou au moins un transistor.Advantageously, said compensation means comprise at least one broadband amplifier and / or at least one transistor.
Le dispositif selon l'invention est de préférence utilisé pour le traitement de signaux provenant d'un capteur de champ électrique, de champ magnétique, de courant et/ou de charges de surface.The device according to the invention is preferably used for processing signals from an electric field, magnetic field, current and / or surface charge sensor.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, donné à titre explicatif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente un capteur passif standard associé à un intégrateur et à un amplificateur, selon un mode de réalisation connu ;
- la figure 2 représente un mode de réalisation avantageux de la présente invention utilisant un capteur passif standard associé à un intégrateur et à un module de compensation ;
- la figure 3 représente la réponse en fréquence du module de compensation de la figure 2 ;
- la figure 4 représente la caractéristique de transfert d'un autre mode de réalisation de la présente invention ;
- les figures 5 et 6 représentent chacune un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention.
- FIG. 1 represents a standard passive sensor associated with an integrator and an amplifier, according to a known embodiment;
- FIG. 2 represents an advantageous embodiment of the present invention using a standard passive sensor associated with an integrator and a compensation module;
- FIG. 3 represents the frequency response of the compensation module of FIG. 2;
- Figure 4 shows the transfer characteristic of another embodiment of the present invention;
- Figures 5 and 6 each show an embodiment of the device according to the present invention.
La figure 1 représente un capteur passif standard associé à un intégrateur et à un amplificateur, selon un mode de réalisation connu.FIG. 1 represents a standard passive sensor associated with an integrator and an amplifier, according to a known embodiment.
Le mode de réalisation représenté comprend un capteur 10 branché sur une charge 12 d'impédance Rc à travers un câble 11 de même impédance.The embodiment shown comprises a
Le capteur 10 peut notamment consister en un capteur de champ électrique, de champ magnétique, de courant, de charges de surface ou autres grandeurs dérivées. Il présente une réponse dérivative qu'il est donc nécessaire d'intégrer pour obtenir la valeur mesurée.The
A titre d'exemple, pour un capteur de champ électrique, la tension délivrée aux bornes de la charge Rc est de :
- Rc
- : impédance de la charge,
- Aeq
- : surface équivalente du capteur,
- ε₀
- = 10⁻⁹/36π
- E
- : champ électrique
- R c
- : load impedance,
- Aeq
- : equivalent sensor area,
- ε₀
- = 10⁻⁹ / 36π
- E
- : electric field
Le signal issu du capteur 10 est intégré par des moyens d'intégration 13, pouvant notamment être constitués d'une cellule R₁C₁. L'intégration effectuée permet d'obtenir la valeur du signal mesuré par le capteur dérivatif 10.The signal from the
Le signal intégré peut être suivi par un ampliticateur 14 dont l'impédance d'entrée est grande devant celle de l'intégrateur 13 (Rentrée>> R₁).The integrated signal can be followed by an
La tension de sortie Vs de l'amplificateur 14 est donnée par la relation:
τ₁= R₁C₁ = constante de temps de l'intégrateur 13,
G = gain de l'amplificateur 14.The output voltage V s of the
τ₁ = R₁C₁ = time constant of the
G = gain of
Dans le cas d'un capteur de champ magnétique, la relation donnant la tension en sortie de l'amplificateur est :
L'intégration est réalisée à partir de la fréquence f₁ = 1 / 2π R₁C₁ où R₁C₁ = τ₁Integration is carried out from the frequency f₁ = 1 / 2π R₁C₁ where R₁C₁ = τ₁
La figure 2 représente un mode de réalisation avantageux de la présente invention utilisant un capteur passif standard associé à un intégrateur et à un module de compensation ;FIG. 2 represents an advantageous embodiment of the present invention using a standard passive sensor associated with an integrator and a compensation module;
Un capteur passif standard 10 est relié à une résistance de charge de 12 de valeur Rc à travers un câble 11 d'impédance Rc.A standard
Le traitement du signal reçu est assuré par un dispositif 22 comprenant des moyens d'intégration 20 et des moyens de compensation 21.The signal received is processed by a
Les moyens d'intégration 20 pouvant notamment consister en une cellule R₂C₂du type passe-bas. Une des caractéristiques de l'invention est que la constante de temps τ₂ valant R₂C₂ est très inférieure à la constante de temps τ₁ du mode de réalisation connu décrit à la figure 1.
On a ainsi :
We thus have:
L'intégration à partir de la fréquence f₂ supérieure à la fréquence f₁ conduit à une sensibilité du dispositif f₂/f₁ fois plus importante. La fréquence de coupure basse est cependant passée de f₁ à f₂ et les signaux provenant du capteur dérivatif 10 ne peuvent plus être intégrés à partir de la fréquence f₁.Integration from the frequency f₂ higher than the frequency f₁ leads to a sensitivity of the device f₂ / f₁ times greater. The low cut-off frequency has however gone from f₁ to f₂ and the signals coming from the
C'est pourquoi, les moyens d'intégration 20 sont suivis par un amplificateur 21, constituant des moyens de compensation, ayant une réponse particulière, pour compenser la perte de la réponse aux fréquences basses. Bien entendu, l'amplificateur 21 peut également être situé en amont des moyens d'intégration 20.This is why, the integration means 20 are followed by an
La figure 3 représente la réponse en fréquence de l'amplificateur 21.FIG. 3 represents the frequency response of the
L'amplificateur 21 présente :
- Une réponse plate de gain G. f₂/f₁ de 0 à f₁.
- Une pente de -6 dB/octave de f₁ à f₂.
- Une réponse plate de gain G à partir de f₂.
- A flat gain response G. f₂ / f₁ from 0 to f₁.
- A slope of -6 dB / octave from f₁ to f₂.
- A flat gain response G from f₂.
Ce système d'intégration avec une constante de temps τ₂ faible suivie d'une compensation des fréquences basses permet un gain considérable en sensibilité sans sacrifier la réponse aux fréquences basses.This integration system with a low time constant τ₂ followed by compensation of the low frequencies allows a considerable gain in sensitivity without sacrificing the response at low frequencies.
Ce gain est dû au fait que l'intégration classique τ₁ = R₁C₁ (fig. 1) permet d'obtenir une bonne réponse aux fréquences basses au prix d'une diminution notable du signal capteur, alors que la solution proposée permet de gagner un facteur important sur le signal issu du capteur au prix d'une faible augmentation du bruit. En effet, la constante d'intégration τ₂ étant faible, l'amplitude du signal en sortie de l'intégrateur 20 reste élevée jusqu'à f₂. Le rapport signal/bruit du dispositif de la figure 2 est donc supérieur à celui du montage de la figure 1.This gain is due to the fact that the conventional integration τ₁ = R₁C₁ (fig. 1) makes it possible to obtain a good response at low frequencies at the cost of a significant reduction in the sensor signal, while the proposed solution makes it possible to gain a factor important on the signal from the sensor at the cost of a slight increase in noise. Indeed, the integration constant τ₂ being low, the amplitude of the signal at the output of the
Cette légère augmentation est produite par l'augmentation du gain dans la zone f₁-f₂.This slight increase is produced by the increase in gain in the area f₁-f₂.
Les deux exemples suivants permettent d'apprécier le gain en sensibilité pour un capteur de champ électrique et un capteur de champ magnétique.The following two examples are used to assess the gain in sensitivity for an electric field sensor and a magnetic field sensor.
Un capteur de champ électrique de surface Aeq = 10 ⁻²m² relié à une résistance de charge Rc = 50 Ω est utilisé en combinaison avec un dispositif traitement classique (fig. 1) puis avec un dispositif selon la présente invention (fig. 2).A surface electric field sensor Aeq = 10 ⁻²m² connected to a load resistance R c = 50 Ω is used in combination with a conventional treatment device (fig. 1) then with a device according to the present invention (fig. 2) .
Les dispositifs de traitement doivent fournir une réponse plate de 100 kHz à 1 GHz.Processing devices must provide a flat response from 100 kHz to 1 GHz.
La solution classique (fig.1) consiste à intégrer le signal provenant du capteur à partir de 100 kHz.The classic solution (fig. 1) is to integrate the signal from the sensor from 100 kHz.
Pour un bruit d'environ 100 µVeff à l'entrée de l'amplificateur 14 de gain G = 1, on a :
Le bruit à la sortie du dispositif est donc de :
Selon l'invention (figure 2), le signal sortant du capteur est intégré à partir de 10 MHz et la compensation est réalisée de 100 kHz à 10 MHz.According to the invention (FIG. 2), the signal leaving the sensor is integrated from 10 MHz and the compensation is carried out from 100 kHz to 10 MHz.
Le bruit dans la bande 10 MHz - 1 GHz est inchangé et vaut 100 µVeff.The noise in the 10 MHz - 1 GHz band is unchanged and is equal to 100 µVeff.
Le bruit dans la bande 100 kHz - 10 MHz vaut, pour un filtre parfait :
Ce bruit est amplifié avec un gain supplémentaire de
Le bruit a donc chuté de 36 dB.The noise therefore dropped by 36 dB.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, un capteur de champ magnétique de surface équivalente Aeq = 10⁻³m² et Rc = 50 Ω est utilisé en combinaison avec un dispositif de traitement classique (figure 1) puis en combinaison avec dispositif selon la présente invention (fig.2).According to another embodiment, a magnetic field sensor of equivalent surface Aeq = 10⁻³m² and R c = 50 Ω is used in combination with a conventional treatment device (Figure 1) then in combination with device according to the present invention (fig. 2).
Une réponse plate est souhaitée de 100 kHz à 1 GHz.A flat response is desired from 100 kHz to 1 GHz.
La solution classique (fig.1) consiste à intégrer le signal provenant du capteur dérivatif à partir de 100 kHz. Pour un gain unitaire de l'amplificateur 14, la tension de sortie Vs du dispositif vaut :
Selon l'invention, l'intégration est réalisée à partir de 10 MHz et la compensation de 100 kHz à 10 MHz.According to the invention, the integration is carried out from 10 MHz and the compensation from 100 kHz to 10 MHz.
Le bruit total ramené à l'entrée est de 160 µVeff.
Le même gain de sensibilité qu'avec un capteur de champ électrique est obtenu.The same gain in sensitivity as with an electric field sensor is obtained.
La figure 4 représente la réponse en fréquence d'un autre mode de réalisation de la présente invention.Figure 4 shows the frequency response of another embodiment of the present invention.
La zone de fréquence 0 à f₁ n'est pas utilisée par le dispositif selon l'invention. Elle produit en revanche du bruit qu'il est possible de limiter en plaçant dans la chaîne de traitement un filtre passe-haut de fréquence de coupure f₀, avec f₀ inférieur à f₁. Un tel filtre peut être placé avant ou après les moyens d'intégration 20 (fig.2) ou alors en sortie des moyens de compensation 21.The frequency zone 0 to f₁ is not used by the device according to the invention. On the other hand, it produces noise which it is possible to limit by placing in the processing chain a high-pass filter with cut-off frequency f₀, with f₀ less than f₁. Such a filter can be placed before or after the integration means 20 (FIG. 2) or else at the output of the compensation means 21.
La fonction de transfert de la figure 4 est celle d'un filtre passe-haut combiné avec les moyens de compensation 21.The transfer function of FIG. 4 is that of a high-pass filter combined with the compensation means 21.
Si l'on tient compte également des moyens d'intégration 20, la fonction de transfert est celle représentée en pointillés débutant à f₂.If the integration means 20 are also taken into account, the transfer function is that shown in dotted lines starting at f₂.
Pour les deux exemples cités précédemment, un filtre passe-haut de fréquence de coupure 75 kHz permet de ramener le bruit basse fréquence de 125 µVeff à : 125 (25/100)½ = 62,5 µVeff (f₁ - f₀ = 100 - 75 = 25 kHz) soit un gain de 2,6 dB.For the two examples mentioned above, a high-pass filter with a cut-off frequency of 75 kHz makes it possible to reduce the low-frequency noise from 125 µVeff to: 125 (25/100) ½ = 62.5 µVeff (f₁ - f₀ = 100 - 75 = 25 kHz), i.e. a gain of 2.6 dB.
La fonction de transfert représentée à la figure 4 est celle obtenue avec un filtre passe-haut du premier ordre, mais il est bien entendu possible d'utiliser un filtre d'ordre supérieur.The transfer function shown in Figure 4 is that obtained with a first order high pass filter, but it is of course possible to use a higher order filter.
Les figures 5 et 6 représentent chacune un exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention.Figures 5 and 6 each show an embodiment of the device according to the present invention.
La figure 5 représente un premier mode de réalisation avantageux du dispositif selon la présente invention.FIG. 5 represents a first advantageous embodiment of the device according to the present invention.
Le dispositif représenté constitue une chaîne de traitement d'un signal provenant d'un capteur 10 dérivatif. La cellule 20 constitue un intégrateur de fréquence de coupure f₂ = 1/2π R₂C₂.The device shown constitutes a chain for processing a signal from a
La cellule 20 est suivie d'un amplificateur 50 d'impédance d'entrée bien supérieure à l'impédance équivalente de la cellule 20. L'amplificateur 50 présente un gain plus élevé que le rapport f₂/f₁.
Un condensateur C branché en série en sortie de l'ampliticateur 50 permet de limiter la bande de fréquence passantes inférieures à f₁ et de diminuer ainsi encore le bruit.A capacitor C connected in series at the output of the
Le condensateur C est suivi d'un filtre R₃ R₄ C₃ de fonction de transfert:
Le filtre R₃ R₄ C₃ est suivi d'un amplificateur 51 présentant une impédance d'entrée bien supérieure à l'impédance équivalente du filtre.The filter R₃ R₄ C₃ is followed by an
Les amplificateurs 50 et 51 sont avantageusement des amplificateurs large bande, mais tout autre type d'amplificateurs convient également.
La figure 6 représente un autre mode de réalisation avantageux du dispositif selon la présente invention.FIG. 6 shows another advantageous embodiment of the device according to the present invention.
Pour des raisons de clarté, les résistances de polarisation des transistors T₁ à T₃ n'ont pas été représentées.For reasons of clarity, the polarization resistors of the transistors T₁ to T₃ have not been shown.
Les transistors T₁ et T₃ sont montés en collecteur commun et remplissent ainsi une fonction de suiveur (adaptation d'impédance).The transistors T₁ and T₃ are mounted in a common collector and thus fulfill a follower function (impedance matching).
Les moyens de compensation sont constitués par le transistor T₂ et par le réseau R₃R₄C₃.The compensation means are constituted by the transistor T₂ and by the network R₃R₄C₃.
Le gain du transistor T₂ est donné par la relation :
Les deux condensateurs C permettent de limiter la bande en dessous de f₁ et de diminuer ainsi encore le bruit.The two capacitors C make it possible to limit the band below f₁ and thus further reduce the noise.
Bien entendu, les figures 5 et 6 ne représentent que deux modes de réalisation préférentiels de la présente invention, ce dispositif de traitement du signal issu d'un capteur dérivatif pouvant être réalisé de différentes manières.Of course, FIGS. 5 and 6 represent only two preferred embodiments of the present invention, this device for processing the signal from a derivative sensor can be produced in different ways.
De plus, la caractéristique de transfert du dispositif peut présenter des pentes plus importantes, et notamment de - 12 dB/octave.In addition, the transfer characteristic of the device may have greater slopes, and in particular of - 12 dB / octave.
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